JP2018091663A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排出する排気中に含まれる所定濃度以上の硫黄酸化物の有無の判定又は濃度を検出することが可能なガス検出装置を提供する。【解決手段】ガス検出装置は、電圧印加部８１を制御すると共に電気化学セル４１ｃの第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に流れる出力電流を取得する測定制御部を備える。測定制御部は、降圧スイープ中であって印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧以下の範囲になっている期間の出力電流に相関する値を、第１電流として取得し、出力電流が酸素の限界電流となる電圧以上の特定電圧に印加電圧がなっている時点において検出される出力電流であり且つ昇圧スイープによって第１電極に付着した硫黄が当該第１電極において再酸化反応することに起因する電流を含まない当該出力電流を、第２電流として取得する。測定制御部は、第２電流と第１電流との差分を用いて、排気中の硫黄酸化物濃度の検出を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排出する排気（被検ガス）中に含まれる所定濃度以上の硫黄酸化物の有無の判定又はその排気中に含まれる硫黄酸化物の濃度を検出することが可能なガス検出装置に関する。

従来から、内燃機関を制御するために、排気中に含まれる酸素（Ｏ_２）の濃度に基づいて燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を取得する空燃比センサ（「Ａ／Ｆセンサ」とも称呼される。）が広く使用されている。このような空燃比センサの１つのタイプとして、限界電流式ガスセンサを挙げることができる。

更に、このような限界電流式ガスセンサを用いて、排気中の硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称呼される場合がある。）の濃度を検出するＳＯｘ濃度検出装置（以下、「従来装置」と称呼する。）が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

従来装置は、酸素イオン伝導性固体電解質の酸素ポンピング作用を利用したセンシングセル（電気化学セル）を含む。従来装置は、センシングセルの一対の電極間に電圧を印加することにより、排気中の酸素原子を含むガス成分（例えばＯ_２、ＳＯｘ及びＨ_２Ｏ等であり、以下、「酸素含有成分」とも称呼する。）を分解させ、それによって、酸化物イオン（Ｏ^２−）を発生させる。従来装置は、酸素含有成分の分解によって生じた酸化物イオンがセンシングセルの電極間を移動すること（酸素ポンピング作用）によって当該電極間を流れる電流の特性を、検出するようになっている。

より具体的に述べると、従来装置は、ＳＯｘ濃度を検出するときに、印加電圧スイープを実行するようになっている。即ち、従来装置は、センシングセルに対して印可する印可電圧を０．４Ｖから０．８Ｖまで昇圧した後、０．８Ｖから０．４Ｖまで降圧する印加電圧スイープを、実行するようになっている。

そして、従来装置は、印可電圧が０．８Ｖに達した時点の「センシングセルの電極間を流れる電流（以下、「電極電流」又は「出力電流」と称呼する場合がある。）」である参照電流と、印加電圧が０．８Ｖから０．４Ｖまで低下させられている期間における出力電流の最小値であるピーク値との差を用いて、ＳＯｘ濃度を算出するようになっている。

特開２０１５−１７９３１号公報

しかしながら、上記出力電流は、排気中に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響によっても変化してしまう可能性が高い。例えば、水（Ｈ_２Ｏ）の分解電圧は硫黄酸化物の分解電圧と同じ程度であるか、或いはそれより僅かに高い。更に、排気中の水の濃度は例えば、混合気の空燃比に応じて変動する。このため、水の分解に起因する出力電流への影響を取り除いて、ＳＯｘ成分の分解のみに起因する出力電流を検出することは困難である。従って、「ＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けることがなく、且つ、ＳＯｘ成分のみに起因する出力電流変化」を用いて、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が存在するか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度を検出することが求められていた。

本発明は上述した課題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度を精度よく行うことができるガス検出装置（以下、「本発明検出装置」とも称呼する。）を提供することにある。

本発明検出装置は、内燃機関の排気通路（１２）に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体（４１ｓ）と前記固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極（４１ａ）及び第２電極（４１ｂ）とを含む電気化学セル（４１ｃ）と、前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散抵抗体（６１）とを備え、前記排気通路を流れる排気が前記拡散抵抗体を通して前記第１電極に到達するように構成された素子部（４０）と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部（８１）と、
前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流である出力電流（Ｉｍ）を検出する電流検出部（９１）と、
前記電圧印加部を用いて前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である印加電圧（Ｖｍ）を制御すると共に前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う測定制御部（２０）と
を有し、
前記測定制御部は、
前記内燃機関に供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が安定している状態である場合（図９のステップ９３０での「Ｙｅｓ」との判定）、前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、前記出力電流が酸素の限界電流となる第１電圧であって且つ硫黄酸化物の分解開始電圧未満である第１電圧以上であり且つ硫黄酸化物の分解開始電圧未満である所定電圧から、硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い第２電圧まで、上昇させる昇圧スイープを実行した後、前記第２電圧から前記第１電圧まで所定の降圧速度にて下降させる降圧スイープを実行し（図１０のステップ１０１０）、且つ、
前記降圧スイープ中に前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧未満となったときに前記第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流に起因して前記出力電流に生じる変化であって前記排気に含まれる前記硫黄酸化物の濃度が高いほど大きくなる出力電流に生じる変化の程度、に相関を有するパラメータ（Ｉdiff）を前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて取得し（図１０及び図１２のそれぞれに示されたステップ１０３８、図１４のステップ１４５０、図１５及び図１６のそれぞれに示されたステップ１０３８、図１７のステップ１４５０）、当該パラメータに基づいて前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定（図１０及び図１２のそれそれに示されたステップ１０４０、図１４のステップ１４６０）又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う（図１５のステップ１５１０、図１６のステップ１６１０、図１７のステップ１７１０）、
ように構成されている。
更に、前記所定の降圧速度が、
前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧未満であって前記第１電圧よりも高い電圧範囲内の電圧となった時点を境に前記再酸化反応の速度（再酸化反応の発生頻度と言うこともできる。）が急増する速度となるように設定される。
加えて、前記測定制御部が、
前記降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記第１電圧より高く硫黄酸化物の分解開始電圧以下の範囲になっている期間の前記出力電流に相関を有する値を、当該期間において前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて第１電流（Ｉｇ）として取得し（図１０及び図１２のそれぞれに示されたステップ１０３０、図１４のステップ１４２０、図１５及び図１６のそれぞれに示されたステップ１０３０、図１７のステップ１４２０）、
前記出力電流が前記酸素の限界電流となる電圧以上の特定電圧に前記印加電圧がなっている時点において前記電流検出部により検出される出力電流であり且つ前記昇圧スイープによって前記第１電極に付着した硫黄が当該第１電極において再酸化反応することに起因する電流を含まない当該出力電流を、第２電流（Ｉｂ）として取得し（図１０のステップ１００９、図１２のステップ１２１４、図１４のステップ１４４０、図１５のステップ１００９、図１６のステップ１２１４、図１７のステップ１４４０）、
前記取得した第２電流と前記取得した第１電流との差分（Ｉdiff）を算出し（図１０及び図１２のそれぞれに示されたステップ１０３８、図１４のステップ１４５０、図１５及び図１６のそれぞれに示されたステップ１０３８、図１７のステップ１４５０）、当該差分を、前記パラメータとして用いる（図１０及び図１２のそれぞれに示されたステップ１０４０、図１４のステップ１４６０、図１５のステップ１５１０、図１６のステップ１６１０、図１７のステップ１７１０）ように構成されている。

発明者の検討によれば、「降圧スイープを行っているときに第１電極に吸着した硫黄」が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へ戻ることに起因して「硫黄酸化物以外の酸素含有成分」の影響を受け難い「出力電流の変化」が生じることが判明した。更に、降圧スイープにおける所定の経過時間当たりの電圧降下量（即ち、降圧速度）により、この「出力電流の変化」の程度が大きく変わることが判明した（図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照。）。これらの現象が生じるメカニズムは、次のようなことであると推定される。

即ち、昇圧スイープを行うことにより第１電極に吸着した硫黄（硫黄酸化物の分解物）が、降圧スイープを行っているときに、当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻る。昇圧スイープを行った場合に硫黄酸化物以外の酸素含有成分の分解物（例えば、水の分解物である水素）は第１電極に吸着しないため、降圧スイープを行っているとき、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の分解物が当該第１電極において再酸化反応して酸素含有成分へ戻る現象は実質的に生じない。

このため、降圧スイープを行っているときに第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより生じる「出力電流の変化」は、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい。即ち、降圧スイープ中に硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい「出力電流の変化」が生じる。

ところが、降圧スイープの降圧速度（掃引速度）がある速度より遅い場合、降圧スイープを行っているときに硫黄の再酸化反応が連続的且つ徐々に進行するため、硫黄酸化物濃度がどのような濃度であっても「出力電流の変化」の程度が現れ難い。

これに対して、降圧スイープの降圧速度をある速度より速くした場合、降圧スイープを行っているときに硫黄の再酸反応がそれ程進行しないまま印加電圧が低下し、印加電圧が「硫黄の再酸化反応が活発になるある電圧範囲（即ち、硫黄酸化物の分解開始電圧未満の所定の電圧範囲）」内の電圧になると、硫黄の再酸化反応が急激に進行する（硫黄の再酸化反応の速度が急増する、硫黄の再酸化反応の発生頻度が急増する）ので、硫黄酸化物濃度が高いほど出力電流の変化の程度が大きくなる。即ち、硫黄酸化物濃度を精度よく検出するのに有意な電流変化が現れる。

そこで、本発明検出装置においては、降圧スイープの降圧速度が「印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧未満であって第１電圧よりも高い電圧範囲内の電圧となった時点を境に硫黄の再酸化反応の速度が急増する速度」となるように設定されている。従って、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けない出力電流の変化が、硫黄酸化物濃度が高いほど大きく現れる。

更に、本発明検出装置は、そのような硫黄の再酸化反応に起因して「出力電流に生じる変化の程度」に相関を有するパラメータを出力電流に基づいて取得し、そのパラメータに基づいて、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行うように構成されている。

更に、本発明検出装置は、再酸化電流変化を表す上記パラメータとして、上記第２電流と上記第１電流との差分（Ｉdiff）を採用している。上記第１電流は、排気中の酸素濃度に応じて変化し、且つ、排気中の硫黄酸化物の濃度が大きくなるほど小さくなる特性を有する。上記第２電流は、排気中の酸素濃度に応じて変化し、且つ、排気中の硫黄酸化物の濃度によって、変化が生じない特性を有する。即ち、上記第２電流の大きさは、排気中の硫黄酸化物の濃度に関わらず同じである。

排気中の硫黄酸化物の濃度に関わらず第２電流の大きさは同じであるのに対して、排気中の硫黄酸化物の濃度が大きくなるほど、再酸化電流変化の程度は顕著になって第１電流は小さくなるため、排気中の硫黄酸化物の濃度が大きくなるほど、差分Ｉdiffの大きさも大きくなる。加えて、第１電流は排気中の酸素濃度の影響を受けて変化するが、その影響度合いは第２電流にも同じように現れている。従って、差分Ｉdiffは、排気中の酸素濃度（機関の空燃比Ａ／Ｆ）の影響を受けることなく、硫黄酸化物の濃度を精度よく表すパラメータとなる。

本発明検出装置は、このパラメータ（上記差分（Ｉdiff））を用いて、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行うので、そのような「判定又は濃度の検出」をより精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの前記判定を行うように構成されており、
前記測定制御部は、
前記差分の大きさが所定の閾値（Ｉdth）以上であるか否かを判定し（図１０及び図１２のそれぞれに示されたステップ１０４０、図１４のステップ１４６０）、
前記差分の大きさが前記閾値以上であると判定した場合（図１０及び図１２のそれぞれに示されたステップ１０４０での「Ｙｅｓ」との判定、図１４のステップ１４６０での「Ｙｅｓ」との判定）、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていると判定し（図１０及び図１２のそれぞれに示されたステップ１０４５、図１４のステップ１４７０）、
前記差分の大きさが前記閾値差分未満であると判定した場合（図１０のステップ１０４０及び図１２のそれぞれに示されたステップ１０４０での「Ｎｏ」との判定、図１４のステップ１４６０での「Ｎｏ」との判定）、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていないと判定する（図１０及び図１２のそれぞれに示されたステップ１０５５、図１４のステップ１４８０）、
ように構成されている。

これによれば、硫黄酸化物の濃度を精度よく表す上記差分（Ｉdiff）の大きさが「所定濃度に対応する閾値（閾値差分）」以上であるか否かが判定される。従って、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定を精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行うように構成されており、
前記差分に基づいて前記排気中の硫黄酸化物の濃度を検出する（図１５のステップ１５１０、図１６のステップ１６１０、図１７のステップ１７１０）ように構成されている。

上記の場合、硫黄酸化物の濃度を精度よく表す上記差分に基づいて排気中の硫黄酸化物の濃度が検出されることによって、排気中の硫黄酸化物の濃度を簡単に検出することができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、
前記降圧スイープ中であって前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧以下の第３電圧以下であり且つ前記第１電圧より高い第４電圧以上の検出用電圧範囲内となっている期間に前記電流検出部により検出される出力電流、のうちの最小値を、前記第１電流として取得する（図１０のステップ１０２０乃至ステップ１０３０）ように構成されている。

印加電圧が上記検出用電圧範囲内の電圧となっている期間（即ち、硫黄の再酸化反応が活発に生じている期間）における出力電流の最小値は、硫黄酸化物の濃度を精度良く表す。この最小値が上記第１電流として用いられることによって、上記差分がより精度良く硫黄酸化物の濃度を表す値になる。従って、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、
前記降圧スイープ中であって前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧以下の第３電圧以下であり且つ前記第１電圧より高い第４電圧以上の検出用電圧範囲から選ばれる電流取得電圧（Ｖｇ）になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第１電流として取得するように構成されている。

印加電圧が上記検出用電圧範囲から選ばれる電流取得電圧（Ｖｇ）になったときの出力電流は、硫黄酸化物の濃度を精度良く表す。この出力電流が上記第１電流（Ｉｇ）として用いられることによって、上記差分（Ｉdiff）が精度良く硫黄酸化物の濃度を表すことができるようになる。従って、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、
前記特定電圧として、前記出力電流が前記酸素の限界電流となる空燃比検出用印加電圧を採用し、
前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの前記判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、前記空燃比検出用印加電圧、に設定し（図８のステップ８５０）、
前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されている場合に前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第２電流として取得する（図１０のステップ１００９、図１５のステップ１００９）ように構成されている。

この態様によれば、印加電圧が空燃比検出用印加電圧に設定されていて、前記出力電流が酸素の限界電流となっているとき、その出力電流が前記第２電流として取得される。酸素の限界電流に相当する電流分は前記第１電流に含まれている。従って、このようにして得られる第２電流と第１電流との差分（Ｉdiff）は、排気中の酸素濃度の影響を受け難いパラメータとなるから、硫黄酸化物の濃度を精度良く表すパラメータとなる。その結果、この態様のガス検出装置は、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれるか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出をより精度良く行うことができる。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、
前記昇圧スイープ中に前記印加電圧が前記第２電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第２電流として取得する（図１２及び図１６のそれぞれに示されたステップ１２１４）ように構成されている。

本発明検出装置の一態様において、
前記測定制御部は、
前記降圧スイープ中に前記印加電圧が前記第１電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第２電流として取得する（図１４のステップ１４４０及び図１７のそれぞれに示されたステップ１４４０）ように構成されている。

これらの場合、降圧スイープの開始時及び終了時の何れかの時点において前記第２電流（Ｉｂ）が取得され、同じ降圧スイープ中に前記第１電流（Ｉｇ）が取得され得る。これにより、前記パラメータ（Ｉdiff）を取得するのに必要な「第１電流及び第２電流」の両方を短い期間内に取得することができる。

従って、その期間において排気中の酸素濃度が大きく変化する可能性が低くなるので、第１電流及び第２電流のそれぞれに及ぼされる排気中の酸素濃度の影響の程度を互いに略一致させることができる。その結果、差分（Ｉdiff）が、排気中の酸素濃度の影響を受け難く且つ排気中の硫黄酸化物の濃度により精度良く応じた値になるから、排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれるか否かの判定又は排気中の硫黄酸化物の濃度の検出をより精度良く行うことができる。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記名称及び／又は符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置及びガス検出装置が適用される内燃機関の概略構成図である。 図２は、図１に示したガスセンサ素子部の構成の一例を示す模式的な断面図である。 図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るガス検出装置の作動の概要を説明するためのタイムチャートである。図３（Ｂ）は、ＳＯｘ検出を行う時の印加電圧の波形を示すグラフである。図３（Ｃ）は、ＳＯｘ検出を行う時の別の印加電圧の波形を示すグラフである。 図４（Ａ）は、素子部で生じるＳＯｘの分解反応を説明するための模式図である。図４（Ｂ）は、素子部で生じる硫黄の再酸化反応を説明するための模式図である。 図５（Ａ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。図５（Ｂ）は、印加電圧と出力電流との関係を示すグラフである。 図６は、燃焼室内の混合気のＡ／Ｆと酸素の限界電流域との関係を示すグラフである。 図７は、経過時間と印加電圧及び出力電流のそれぞれとの関係を示すグラフである。 図８は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するセンサ活性判定ルーチンを表すフローチャートである。 図９は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するＡ／Ｆ検出ルーチンを表すフローチャートである。 図１０は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチンを表すフローチャートである。 図１１は、経過時間と印加電圧及び出力電流のそれぞれとの関係を示すグラフである。 図１２は、本発明の第２実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチンを表すフローチャートである。 図１３は、経過時間と印加電圧及び出力電流のそれぞれとの関係を示すグラフである。 図１４は、本発明の第３実施形態に係るガス検出装置が備えるＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチンを表すフローチャートである。 図１５は、図１に示したガス検出装置の変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチンを表すフローチャートである。 図１６は、図１に示したガス検出装置の他の変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチンを表すフローチャートである。 図１７は、図１に示したガス検出装置の更に他の変形例に係るＥＣＵのＣＰＵが実行するＳＯｘ検出ルーチンを表すフローチャートである。

以下、本発明の各実施形態に係るガス検出装置について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の全図において、同一又は対応する部分には同一の符号を付す。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るガス検出装置（以下、「第１検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第１検出装置は、「図１に示された内燃機関１０」を搭載した図示しない車両に適用される。

内燃機関１０は周知のディーゼルエンジンである。内燃機関１０は、図示しない燃焼室と、燃料噴射弁１１と、を含む。燃料噴射弁１１は、燃焼室内に燃料を噴射することができるようにシリンダヘッド部に配設されている。燃料噴射弁１１は、後述するＥＣＵ２０の指示に応じて燃焼室内に燃料を直接噴射する。排気管１２は、図示しない燃焼室に連通する排気ポートに接続された図示しないエキゾーストマニホールドの端部に接続されている。排気ポート、エキゾーストマニホールド及び排気管１２は、燃焼室から排出された排気が流れる排気通路を構成している。排気管１２には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst：ディーゼル用酸化触媒)１３及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１４が配設されている。

ＤＯＣ１３は、排気浄化触媒である。具体的に述べると、ＤＯＣ１３は、白金及びパラジウム等の貴金属を触媒として、排気中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化し、排気を浄化する。即ち、ＤＯＣ１３により、ＨＣは水とＣＯ_２に酸化され、ＣＯはＣＯ_２に酸化される。

ＤＰＦ１４は、ＤＯＣ１３よりも下流側に配置されている。ＤＰＦ１４は、排気中の微粒子（パティキュレート）を捕捉するフィルタである。具体的に述べると、ＤＰＦ１４は、多孔質材料（例えば、セラミックの一種であるコージライトからなる隔壁）によって形成された複数の通路を備えている。ＤＰＦ１４は、隔壁を通過する排気に含まれる微粒子を、その隔壁の細孔表面にて捕集する。

第１検出装置は、ＥＣＵ２０を含む。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより、所定の機能を実現するようになっている。

ＥＣＵ２０は、内燃機関１０の各種アクチュエータ（燃料噴射弁１１等）に接続されている。ＥＣＵ２０は、これらのアクチュエータに駆動（指示）信号を送出し、内燃機関１０を制御するようになっている。更に、ＥＣＵ２０は、以下に述べる各種センサ類と接続されていて、これらのセンサ類からの信号を受け取るようになっている。

機関回転速度センサ２１：機関回転速度センサ（以下、「ＮＥセンサ」と称呼する。）２１は、内燃機関１０の回転速度（機関回転速度）ＮＥを測定し、この機関回転速度ＮＥを表す信号を出力するようになっている。

水温センサ２２：水温センサ２２は、シリンダブロック部に配設されている。水温センサ２２は、内燃機関１０を冷却する冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を測定し、この冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。

アクセルぺダル操作量センサ２３：アクセルペダル操作量センサ２３は、車両のアクセルペダル２３ａの操作量（アクセル開度）を検出し、アクセルペダル操作量ＡＰを表す信号を出力するようになっている。

ガスセンサ３０：ガスセンサ３０は、１セル式の限界電流式ガスセンサであり、機関１０の排気経路を構成する排気管１２に配設されている。ガスセンサ３０は、排気管１２に介装されたＤＯＣ１３及びＤＰＦ１４よりも下流側に配設されている。

（ガスセンサの構成）
次に、ガスセンサ３０の構成について、図２を参照しながら説明する。ガスセンサ３０が備える素子部４０は、固体電解質体４１ｓ、第１アルミナ層５１ａ、第２アルミナ層５１ｂ、第３アルミナ層５１ｃ、第４アルミナ層５１ｄ、第５アルミナ層５１ｅ、拡散抵抗部（拡散律速層）６１及びヒータ７１を備える。

固体電解質体４１ｓは、ジルコニア等を含み、酸化物イオン伝導性を有する薄板体である。固体電解質体４１ｓを形成するジルコニアは、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）及びイットリウム（Ｙ）等の元素を含んでいてもよい。

第１乃至第５アルミナ層５１ａ乃至５１ｅは、アルミナを含む緻密（ガス不透過性）の層（緻密な薄板体）である。

拡散抵抗部６１は、多孔質の拡散律速層であり、ガス透過性の層（薄板体）である。ヒータ７１は、例えば、白金（Ｐｔ）とセラミックス（例えば、アルミナ等）とを含むサーメットの薄板体であり、通電によって発熱する発熱体である。ヒータ７１は、図示しないリード線によって車両に搭載された図示しない電源に接続されている。ヒータ７１は、ＥＣＵ２０によって「その電源から供給される電力量」が制御されることにより、発熱量を変更できるようになっている。

素子部４０の各層は、下方から、第５アルミナ層５１ｅ、第４アルミナ層５１ｄ、第３アルミナ層５１ｃ、固体電解質体４１ｓ、拡散抵抗部６１及び第２アルミナ層５１ｂ、第１アルミナ層５１ａの順に積層されている。

内部空間ＳＰ１は、第１アルミナ層５１ａ、固体電解質体４１ｓ、拡散抵抗部６１及び第２アルミナ層５１ｂによって形成される空間であり、その中に拡散抵抗部６１を介して被検ガスとしての内燃機関１０の排気が導入されるようになっている。即ち、内部空間ＳＰ１は拡散抵抗部６１を介して内燃機関１０の排気管１２の内部と連通している。従って、排気管１２内の排気が内部空間ＳＰ１内に被検ガスとして導かれる。

第１大気導入路ＳＰ２は、固体電解質体４１ｓ、第３アルミナ層５１ｃ及び第４アルミナ層５１ｄによって形成され、排気管１２の外部の大気に開放されている。

第１電極４１ａは、固体電解質体４１ｓの一方の側の表面（具体的には、内部空間ＳＰ１を画定する固体電解質体４１ｓの表面）に固着されている。第１電極４１ａは陰極である。第１電極４１ａは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第２電極４１ｂは、固体電解質体４１ｓの他方の側の表面（具体的には、第１大気導入路ＳＰ２を画定する固体電解質体４１ｓの表面）に固着されている。第２電極４１ｂは陽極である。第２電極４１ｂは、白金（Ｐｔ）を主成分として含む多孔質サーメット電極である。

第１電極４１ａと第２電極４１ｂとは、固体電解質体４１ｓを挟んで互いに対向するように配置されている。即ち、第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ及び固体電解質体４１ｓは、酸素ポンピング作用による酸素排出能力を有する電気化学セル４１ｃを構成している。電気化学セル４１ｃは、ヒータ７１により、活性化温度まで加熱される。

固体電解質体４１ｓ及び第１乃至第５アルミナ層５１ａ乃至５１ｅの各層は、例えばドクターブレード法及び押し出し成形法等により、シート状に成形されている。第１電極４１ａ、第２電極４１ｂ及びこれらの電極に通電するための配線等は、例えばスクリーン印刷法等によって形成されている。これらのシートを上述したように積層して焼成することにより、上記のような構造を有する素子部４０が一体的に製造されている。

尚、第１電極４１ａを構成する材料は、上記の材料に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素又はそれらの合金等を主成分として含む材料から選択することができる。但し、第１電極４１ａを構成する材料は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間にＳＯｘ分解開始電圧以上の電圧（具体的には、約０．６Ｖ以上の電圧）を印加したときに、拡散抵抗部６１を介して内部空間ＳＰ１に導かれた排気中に含まれるＳＯ_ｘを還元分解させることができる限り、特に限定されない。

ガスセンサ３０は、更に、電源回路８１及び電流計９１を備える。電源回路８１及び電流計９１は上述したＥＣＵ２０に接続されている。

電源回路８１は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に、第２電極４１ｂの電位が第１電極４１ａの電位よりも高くなるように所定の電圧（以下、「印加電圧Ｖｍ」とも称呼する。）を印加できるようになっている。電源回路８１は、ＥＣＵ２０により制御されることにより、印加電圧Ｖｍを変更できるようになっている。

電流計９１は、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に流れる電流（従って、固体電解質体４１ｓを流れる電流）である出力電流（電極電流）Ｉｍを計測して、その計測値をＥＣＵ２０に出力するようになっている。

＜作動の概要＞
次に、第１検出装置が行う作動の概要について説明する。第１検出装置は、内燃機関１０から排出される排気（被検ガス）の酸素濃度を検出するように構成されている。第１検出装置は、排気中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０の燃焼室内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するように構成されている。以下、内燃機関１０の燃焼室内の混合気の空燃比は、「機関の空燃比Ａ／Ｆ」とも称呼される。更に、第１検出装置は、排気に含まれる所定濃度以上のＳＯｘの有無を判定するように構成されている。第１検出装置は、ＳＯｘの有無の検出開始から検出終了までに数秒を必要とするため、機関の空燃比Ａ／Ｆが安定している状態において所定濃度以上のＳＯｘの有無を判定するように構成されている。

具体的に述べると、図３（Ａ）に示したように、内燃機関１０の始動が開始した時点である時刻ｔ０になると、第１検出装置はヒータ７１によって固体電解質体４１ｓを加熱するように、ヒータ７１に対する制御を開始する。これによって、固体電解質体４１ｓが、酸化物イオン伝導性を発現する温度（以後、「活性化温度」と称呼される場合がある。）以上の所定の温度まで昇温される。

時刻ｔ１で、固体電解質体４１ｓの温度（センサ素子温度）が活性化温度以上になって、ガスセンサ３０がセンサ活性の状態になると、第１検出装置は、排ガスの酸素濃度を検出し当該酸素濃度に基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得するための処理を開始する。尚、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間の時点である時刻ｔｄで、第１検出装置は、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に、酸素濃度の検出に適した酸素濃度（Ａ／Ｆ）検出用の電圧（具体的に述べると０．４Ｖ）の印加を開始する。即ち、第１検出装置は、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧に設定する。固体電解質体４１ｓの温度が活性化温度以上であるときに、この印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の電圧に設定されている場合、酸素分子が分解されて酸素ポンピング作用が発現するが、酸素以外の酸素含有成分（ＳＯｘを含む。）のガスが分解されることはない。酸素濃度検出用の電圧は酸素以外の酸素含有成分（ＳＯｘを含む）の分解開始電圧よりも低いので、酸素以外の酸素含有成分が分解されることはない。

第１検出装置は、時刻ｔ１から、酸素濃度を連続的に検出することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを監視する。そして、時刻ｔ２で、ＳＯｘ検出開始条件を満たすと（即ち、機関の空燃比Ａ／Ｆが安定した状態になり、且つ、後述するその他の条件が満たされると）、第１検出装置は排気中のＳＯｘ濃度検出の処理を開始する。即ち、時刻ｔ１から時刻ｔ２の直前までの期間、第１検出装置は機関の空燃比Ａ／Ｆを検出し、ＳＯｘ検出を開始する時点である時刻ｔ２にて機関の空燃比Ａ／Ｆの検出を停止する。

尚、本明細書において、ＳＯｘ濃度検出とは、排気中のＳＯｘ濃度そのものを検出（測定）すること、及び、排気中のＳＯｘ濃度を表すパラメータを取得することの両方を指す。本検出装置は、後述するように、排気中のＳＯｘ濃度を表すパラメータ（ＳＯｘ濃度に応じて変化するパラメータ）を取得し、そのパラメータを用いて排気中に所定濃度以上のＳＯｘが排気中に含まれているか否かの判定を行う。所定濃度としては、所望の検出レベルに応じた０よりも大きい濃度が選ばれる。

時刻ｔ２から時刻ｔ３の直前までの期間、第１検出装置は所定の印加電圧範囲（印加電圧スイープ範囲（下限電圧（第１電圧Ｖ１）及び上限電圧（第２電圧Ｖ２））で印加電圧スイープを行う。即ち、第１検出装置は、印加電圧Ｖｍを「第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２まで徐々に増大させる昇圧スイープ」を行った後、印加電圧Ｖｍを「第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１まで徐々に減少させる降圧スイープ」を行う。第１検出装置は、１回の昇圧スイープ及び１回の降圧スイープを１サイクルとする印加電圧スイープを、１サイクル行う。但し、第１検出装置は、印加電圧スイープを複数サイクル行っても良い。

尚、第１検出装置は、酸素濃度（Ａ／Ｆ）検出用の印加電圧が第１電圧Ｖ１より大きい場合、印加電圧Ｖｍを、酸素濃度検出用の印加電圧から１回目の昇圧スイープを開始するようにしてもよい。代替えとして、第１検出装置は、酸素濃度検出用の印加電圧が第１電圧Ｖ１より大きい場合、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧から第１電圧Ｖ１に、一旦下げてから１回目の昇圧スイープを開始するようにしてもよい。

より具体的に述べると、第１検出装置は、図３（Ｂ）に示したように、正弦波の波形（一周期分）を有する電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂの間に印加することにより、印加電圧スイープを行う。尚、この場合の電圧波形は、図３（Ｂ）に示した正弦波に限定されるものではなく、種々の波形を採用し得る。例えば、この場合の電圧波形は、図３（Ｃ）のグラフに示したような非正弦波（キャパシタの充放電時の電圧波形のような波形）であってもよい。

時刻ｔ３で、ＳＯｘ検出が終了すると、第１検出装置は、機関の空燃比Ａ／Ｆを検出するための処理を再開する。即ち、第１検出装置は、時刻ｔ３で、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧（０．４Ｖ）に設定する。

（Ａ／Ｆ検出）
次に、上述した機関の空燃比Ａ／Ｆを検出する際の作動について説明する。第１検出装置は、ガスセンサ３０がセンサ活性の状態になると、機関の空燃比Ａ／Ｆを取得するために、第１電極４１ａが低電位となり且つ第２電極４１ｂが高電位となるように、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の電圧（例えば、０．４Ｖ）に設定する。即ち、第１電極４１ａは陰極として機能し、第２電極４１ｂは陽極として機能する。酸素濃度検出用の電圧は、第１電極４１ａにおいて酸素（Ｏ_２）の分解が始まる電圧（分解開始電圧）以上であって且つ酸素以外の酸素含有成分の分解開始電圧未満の電圧に設定される。これにより、排気中に含まれる酸素が第１電極４１ａにおいて還元分解されて酸化物イオン（Ｏ^２−）となる。

この酸化物イオンは上記固体電解質体４１ｓを介して第２電極４１ｂへと伝導されて酸素（Ｏ_２）となり、大気導入路ＳＰ２を通じて大気中へと排出される。前述したように、このような陰極（第１電極４１ａ）から陽極（第２電極４１ｂ）への固体電解質体４１ｓを介する酸化物イオンの伝導による酸素の移動は「酸素ポンピング作用」と称される。

この酸素ポンピング作用に伴う酸化物イオンの伝導により、第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に電流が流れる。第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に流れる電流は「出力電流Ｉｍ（或いは電極電流Ｉｍ）」と称呼される。出力電流Ｉｍは、一般には、印加電圧Ｖｍが上昇するほど大きくなる傾向を有する。しかしながら、第１電極４１ａに到達する排気の流量が拡散抵抗部６１によって制限されるので、やがて酸素ポンピング作用に伴う酸素の消費速度が第１電極４１ａへの酸素の供給速度を超えるようになる。即ち、第１電極４１ａ（陰極）における酸素の還元分解反応が拡散律速状態となる。

第１電極４１ａにおける酸素の還元分解反応が拡散律速状態となると、印加電圧Ｖｍを上昇させても出力電流Ｉｍが増大せず、略一定となる。このような特性は「限界電流特性」と称呼される。限界電流特性が発現する（観測される）印加電圧の範囲は「限界電流域」と称呼される。更に、限界電流域における出力電流Ｉｍは「限界電流」と称呼される。酸素に対する限界電流の大きさ（限界電流値）は第１電極４１ａ（陰極）への酸素の供給速度に対応する。上述したように、第１電極４１ａに到達する排気の流量は拡散抵抗部６１によって一定に維持されているので、第１電極４１ａへの酸素の供給速度は排気に含まれる酸素の濃度に対応する。

従って、ガスセンサ３０において、印加電圧Ｖｍを「酸素の限界電流域内の所定の電圧（酸素濃度検出用の電圧であり、具体的に述べると０．４Ｖ）」に印加電圧Ｖｍを設定したときの出力電流（限界電流）Ｉｍは排気に含まれる酸素の濃度に対応する。このように酸素の限界電流特性を利用して、第１検出装置は被検ガスとしての排気中に含まれる酸素の濃度を検出する。一方、機関の空燃比Ａ／Ｆと排気中の酸素の濃度とは、一対一の関係がある。従って、第１検出装置は、この関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素濃度とに基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得する。尚、第１検出装置は、酸素の限界電流と機関の空燃比Ａ／Ｆとの関係を予めＲＯＭに記憶させておき、その関係と検出した酸素の限界電流とに基づいて機関の空燃比Ａ／Ｆを取得してもよい。

（ＳＯｘ濃度検出）
［検出原理］
次に、排気中のＳＯｘ濃度の検出の仕方について説明する。上述した酸素ポンピング作用は、分子中に酸素原子を含む「ＳＯｘ（硫黄酸化物）及びＨ_２Ｏ（水）等」の酸素含有成分に対しても発生する。即ち、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に、これらの化合物のそれぞれの分解開始電圧以上の電圧を印加すると、これらの化合物のそれぞれが還元分解されることによって、酸化物イオンが生じる。この酸化物イオンは、「酸素ポンピング作用」によって、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへと伝導される。これにより、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に出力電流Ｉｍが流れる。

しかしながら、排気中に含まれるＳＯｘの濃度は極めて低く、ＳＯｘの分解に起因する電流も極めて小さい。更に、ＳＯｘ以外の酸素含有成分（例えば、水及び二酸化炭素等）が分解されることに起因する電流も第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に流れる。そのため、ＳＯｘに起因する出力電流のみを精度よく検出することは困難である。

そこで、本願の発明者は、鋭意検討した結果、ＳＯｘ濃度を検出する際、昇圧スイープ及び「所定の掃引速度での降圧スイープ」を１サイクルとする印加電圧スイープを実行することによって、ＳＯｘ濃度を精度良く検出できるとの知見を得た。

昇圧スイープは、印加電圧Ｖｍを、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に徐々に上昇させる処理である。降圧スイープは、印加電圧Ｖｍを、第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に徐々に下降させる処理である。尚、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、第１電極４１ａの電位を基準とした第２電極４１ｂの電位であり、正の電圧値である。

第１電圧Ｖ１は、ＳＯｘの分解開始電圧（約０．６Ｖ）よりも低く、且つ、酸素の限界電流域内の印加電圧Ｖｍの最小値よりも高い電圧範囲（以下、「第１電圧範囲」とも称呼される。）内の電圧に設定される。酸素の限界電流域内の印加電圧Ｖｍの最小値は、機関の空燃比Ａ／Ｆに依存するから、第１電圧範囲の下限値もまた機関の空燃比Ａ／Ｆに応じて変更されることが望ましい。具体的には、第１電圧範囲の下限値は例えば０．２Ｖ乃至０．４５Ｖの範囲内の電圧であり、第１電圧範囲の上限電圧は０．６Ｖである。即ち、第１電圧は０．２Ｖ以上であり且つ０．６Ｖ未満の範囲から選ばれた電圧である。

第２電圧Ｖ２は、ＳＯｘの分解開始電圧（約０．６Ｖ）よりも高く、且つ、固体電解質体４１ｓが破壊されない電圧の上限値（２．０Ｖ）よりも低い電圧範囲（以下、「第２電圧範囲」とも称呼される。）内の電圧に設定される。即ち、第２電圧Ｖ２は、０．６Ｖよりも高く且つ２．０Ｖ以下の範囲から選ばれた電圧である。

昇圧スイープを行っている期間において、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂの間に印加される印加電圧Ｖｍが、ＳＯｘの分解開始電圧以上になると、図４（Ａ）に示したように、第１電極４１ａ（陰極）において排気に含まれるＳＯｘがＳとＯ^２−とに還元分解される。その結果、ＳＯｘの還元分解生成物（Ｓ（硫黄））が、第１電極４１ａ（陰極）に吸着する。

降圧スイープを行っている期間において、印加電圧Ｖｍが、ＳＯｘの分解開始電圧未満になると、図４（Ｂ）に示したように、第１電極４１ａ（陰極）に吸着していたＳとＯ^２−とが反応してＳＯｘを生成する反応（以下、「Ｓ（硫黄）の再酸化反応」と称呼する場合がある。）が生じる。このとき、「Ｓの再酸化反応」に起因して、出力電流Ｉｍが後述するように変化する。尚、この「Ｓの再酸化反応」に伴う出力電流Ｉｍの変化を「再酸化電流変化」と称呼する。

ところで、発明者の検討によれば、降圧スイープの掃引速度（所定の経過時間当たりの電圧降下量）によっては、ＳＯｘ濃度検出に有意な再酸化電流変化が現れなくなる場合があることが判明した。この点について、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照しながら説明する。

図５（Ａ）は、掃引周期（即ち、昇圧スイープに要する時間と降圧スイープに要する時間との和、印加電圧スイープの周期）を１秒に設定して印加電圧スイープを実行したときの印加電圧Ｖｍと出力電流Ｉｍとの関係を示した模式的なグラフである。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示した例より遅い掃引速度（掃引周期２０秒）にて、印加電圧スイープを実行したときの印加電圧Ｖｍと出力電流Ｉｍとの関係を示した模式的なグラフである。

両者を比較すると、図５（Ｂ）の例より、印加電圧スイープの掃引速度がより速い図５（Ａ）の例の方が、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）よりも小さい電圧範囲にて、線Ｌ１で示した「被検ガスのＳＯｘ濃度が０ｐｐｍのときの出力電流Ｉｍ」と、線Ｌ２で示した「被検ガスのＳＯｘ濃度が１３０ｐｐｍのときの出力電流Ｉｍ」との差（電流値の差）が明確に現れている。即ち、図５（Ａ）の例の方では、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化（再酸化電流変化）が現れている。このような現象が生じるメカニズムは、次のようなことであると考えられる。

即ち、掃引速度を所定速度より遅くした場合、降圧スイープを行っているときに、Ｓの再酸化反応が連続的且つ徐々に進行するため、有意な再酸化電流変化は現れない。一方、掃引速度を所定の掃引速度より速くした場合、降圧スイープを行っているときに、Ｓの再酸化反応がそれ程進行しないまま印加電圧Ｖｍが低下し、印加電圧が「Ｓの再酸化反応が活発になるある電圧範囲」の電圧になると、Ｓの再酸化反応が急激に進行すると考えられる。これにより、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が現れる。

このように、降圧スイープを行った時の掃引速度によって、ＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が現れる場合と現れなくなる場合とが生じる。従って、降圧スイープを行うとき、掃引速度を、再酸化電流変化を示す有意な電流変化が現れるような所定速度にする必要がある。

第１検出装置において、この所定速度は、予め実験を行うことによって再酸化電流変化を示す有意な電流変化が現れる適切な速度に設定される。

実験によれば、例えば、図３（Ｂ）に示した正弦波形の電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する場合、所定範囲の周波数Ｆ（典型的には、０．１Ｈｚ以上５Ｈｚ以下の範囲）となるような掃引速度に設定することが好ましいことが判明した。この所定範囲の周波数Ｆの下限値は、これ未満になるとＳＯｘ濃度検出に有意な信号差（再酸化電流変化）が得られなくなる観点から定められる。この所定範囲の周波数Ｆの上限値は、これより多くなると、ＳＯｘ濃度以外の他の電流変化要因（具体的に述べると固体電解質体４１ｓの容量等）の寄与が大きくなってしまう観点から定められる。

一方、実験によれば、図３（Ｃ）に示したような、キャパシタの充放電に伴う非正弦波形の電圧を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する場合、電圧切り替え波形の応答時間Ｔ１が所定範囲（典型的には、０．１秒以上５秒以下の範囲）となるような掃引速度に設定することが好ましいことが判明した。尚、応答時間Ｔ１は、印加電圧Ｖｍが所定範囲の下限電圧から上限電圧又はその逆に変化するのに要する時間である。応答時間Ｔ１の所定範囲の下限電圧及び上限電圧は、上述した正弦波形の電圧を印加電圧として用いる場合の周波数Ｆ（上記所定の周波数）を決定する場合と同様の観点から適切な値に定められる。

尚、上記の周波数Ｆ及び応答時間Ｔ１の所定範囲を、降圧スイープに要する時間（即ち、第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に達するまでの時間）に換算すると、０．１秒以上５秒以下の範囲となる。従って、当該時間は、０．１秒以上５秒以下の範囲であることが好ましい。

更に、再酸化電流変化は、主として被検ガスである排気中のＳＯｘ濃度に依存することが判明した。換言すると、再酸化電流変化は、排気中の「硫黄酸化物（ＳＯｘ）以外の酸素含有成分のガス（例えば、水）」の影響を受ける可能性が低い。即ち、昇圧スイープを行った場合に「硫黄酸化物以外の他の成分（酸素含有成分）の分解物（例えば、水の分解物である水素等）は第１電極４１ａに吸着しないため、降圧スイープを行っている期間において、そのような「硫黄酸化物以外の酸素含有成分」の分解物が当該第１電極４１ａにおいて再酸化反応して酸素含有成分へ戻る現象は実質的に生じない。

このため、降圧スイープを行っているときに第１電極４１ａに吸着していた硫黄が当該第１電極４１ａにおいて再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより生じる「出力電流の変化」は、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい。即ち、硫黄酸化物以外の酸素含有成分の影響を受けにくい「出力電流の変化」が生じる。

更に、「出力電流の変化（再酸化電流変化）」は、排気（被検ガス）中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど出力電流Ｉｍが小さくなっていくような特性を有するように現れることが判明した。即ち、硫黄の再酸化反応が生じた場合、図４（Ｂ）に示したように、第１電極４１ａにおいて酸化物イオンが消費されるため、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへ移動する酸化物イオン（例えば、酸素分子の分解により生じる酸化物イオン）の移動量が減少する。これにより、出力電流Ｉｍは減少する。排気中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど、特に昇圧スイープ中に第１電極４１ａに吸着する硫黄の量が多くなり、よって、特に降圧スイープ中に第１電極４１ａにおいて硫黄と反応して消費される酸化物イオンの量も多くなる。その結果、第１電極４１ａから第２電極４１ｂへ移動する酸化物イオンの量も減少する。従って、排気中のＳＯｘ濃度が大きくなるほど、出力電流Ｉｍは減少する。

以上により、上述した「再酸化電流変化を利用することにより、排気中のＳＯｘ以外の酸素含有成分のガス（例えば、水）の影響を受けることなく、精度よく排気中のＳＯｘ濃度を検出することができる。」ことが理解される。よって、第１検出装置は、この再酸化電流変化を利用してＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を行う。

［再酸化電流変化を検出するためのパラメータ］
第１検出装置は、「再酸化電流変化」を適切に（精度良く）表すパラメータを取得し、このパラメータに基づいて、ＳＯｘ濃度検出を行う。より具体的に述べると、第１検出装置は、降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが「電流取得開始電圧（第３電圧）Ｖsem以下であり、且つ、第１電圧Ｖ１より高い第４電圧Ｖ４以上の範囲（検出用電圧範囲）内」になっている期間の出力電流Ｉｍのうちの最小値を、当該期間の出力電流Ｉｍに相関を有する値（即ち、第１電流Ｉｇ）として取得する。

電流取得開始電圧Ｖsemは、降圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）より大きく、且つ、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）以下の範囲内から選ばれる。本例において、電流取得開始電圧Ｖsemは、０．６Ｖに設定されている。尚、電流取得開始電圧Ｖsemは、印加電圧スイープの印加電圧範囲及び印加電圧スイープの周期（換言すると、印加電圧スイープの掃引速度）の少なくとも１つに応じて異なるようにしてもよい。電流取得開始電圧Ｖsemは、「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧（第１電圧Ｖ１）よりも大きく、且つ、ＳＯｘ分解開始電圧（０．６Ｖ）未満」であってもよく、好ましくは第１電圧Ｖ１よりも大きく且つ０．４５Ｖ以下であってもよい。

更に、第１検出装置は、「印加電圧Ｖｍが機関のＡ／Ｆを検出するための電圧であるときの出力電流Ｉｍ」を、第２電流Ｉｂとして取得する。更に、第１検出装置は、第２電流Ｉｂから第１電流Ｉｇを引いた差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を、「再酸化電流変化を表すパラメータ」として取得する。そして、第１検出装置は、このパラメータ（差分Ｉdiff）に基づいてＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を行う。

第１検出装置は、印加電圧スイープを１サイクルだけ行って差分Ｉdiffを取得するが、次のように構成されてもよい。即ち、第１検出装置は、印加電圧スイープを複数サイクル行い、且つ、各サイクルで差分Ｉdiffを取得するようにし、取得した複数の「差分Ｉdiff」の平均値を、「再酸化電流変化を表すパラメータ」として用いるように構成されてもよい。

［ＳＯｘ濃度検出方法］
第１検出装置は、以上説明したＳＯｘ濃度の検出原理を用いて、ＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を次のように行うようになっている。
・第１検出装置は、所定の掃引速度にて印加電圧スイープを実行する。この場合、特に、大切な点は、降圧スイープ速度である。
このとき、第１検出装置は、直前に取得しておいた「排気中の酸素濃度」を用いて検出される機関の空燃比Ａ／Ｆに基づいて印加電圧スイープの電圧範囲（即ち、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２）を決定する。
・第１検出装置は、Ａ／Ｆ検出時の印加電圧（０．４Ｖ）の出力電流Ｉｍを第２電流Ｉｂとして取得する。
・第１検出装置は、降圧スイープ中であって印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲（第１電圧Ｖ１より高く電流取得開始電圧Ｖsem以下の範囲）であるときの出力電流Ｉｍの最小値を、第１電流Ｉｇとして取得する。
・第１検出装置は、第２電流Ｉｂから第１電流Ｉｇを引いた差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出する。この差分Ｉdiffが、排気中のＳＯｘ濃度を表すパラメータである。
・第１検出装置は、差分Ｉdiffに基づいて、所定濃度以上のＳＯｘ濃度が排気中に含まれているか否かを判定する。

具体的に述べると、第１検出装置は、ＳＯｘ濃度検出の印加電圧スイープを実行する場合、図３（Ｂ）に示した正弦波の電圧波形を有する電圧の一周期分を第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に印加する。このとき、第１検出装置は、既述のＳＯｘ濃度検出に有意な電流変化が生じるような上述した「所定の掃引速度」にて、印加電圧スイープ（昇圧スイープ及び降圧スイープ）を実行する。

このとき、第１検出装置は、機関の空燃比Ａ／Ｆに基づいて印加電圧スイープの電圧範囲（印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）及び上限電圧（第２電圧Ｖ２））を決定する。具体的には、図６に示したように、印加電圧スイープの下限電圧は、点線Ｒで囲まれた内部抵抗依存域の出力電流Ｉｍを検出することを避けるように定められる。この内部抵抗依存域とは、印加電圧Ｖｍの増大に伴って出力電流Ｉｍが増大する領域（酸素の限界電流域に到達する直前の領域）である。内部抵抗依存域の印加電圧Ｖｍの上限値（即ち、酸素の限界電流域内の印加電圧の最小値）は、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになる（排気中の酸素濃度が大きくなる）に従い高くなる。印加電圧スイープの上限電圧は、一定であってもよいが、印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）は、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど、高くなるように定められる。

具体的に述べると、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど、内部抵抗依存域Ｒの印加電圧Ｖｍの上限値が高くなる。よって、第１検出装置は、印加電圧スイープの電圧範囲が、この内部抵抗依存域Ｒに入らないように、機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）を高くする。

発明者の実験によれば、Ａ／Ｆ＝１４．５（ストイキ）の場合、第１電圧Ｖ１は０．２Ｖ以上から選ばれた値であることが好ましく、第１検出装置は第１電圧Ｖ１を０．２Ｖに設定している。Ａ／Ｆ＝３０の場合、第１電圧Ｖ１は０．３Ｖ以上から選ばれた値であることが好ましく、第１検出装置は第１電圧Ｖ１を０．３Ｖに設定している。Ａ／Ｆ＝無限大（Ｏ_２濃度＝２０．９％）の場合、第１電圧Ｖ１は０．４Ｖ以上から選ばれた値であることが好ましく、第１検出装置は第１電圧Ｖ１を０．４Ｖに設定している。

既述した通り、昇圧スイープ及び降圧スイープを行った場合、排気中にＳＯｘが含まれていると、昇圧スイープを行っている期間において、ＳＯｘが分解して生じたＳ（硫黄）が、第１電極４１ａに吸着する。降圧スイープを行っている期間において、第１電極４１ａに吸着したＳが再酸化する。

第１検出装置は、再酸化電流変化を前述したパラメータ（差分Ｉdiff）を用いて検出することによって、ＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を行う。

即ち、図７に示したように、第１検出装置は、印加電圧スイープを開始する時点（時刻ｔ２）の前において印加電圧ＶｍをＡ／Ｆ検出時の印加電圧（０．４Ｖ）に設定し、そのときの出力電流Ｉｍを、第２電流Ｉｂとして取得する。更に、第１検出装置は、降圧スイープ中であって印加電圧Ｖｍが「電流取得開始電圧Ｖsem（０．６Ｖ）以下であり且つ第１電圧Ｖ１よりも高い第４電圧Ｖ４以上の範囲（即ち、検出用電圧範囲）」である期間（時刻ｔｂから時刻ｔ３までの期間）の出力電流Ｉｍ（線ｇ２により示した出力電流Ｉｍ）の最小値を、第１電流Ｉｇとして取得する。更に、第１検出装置は、第２電流Ｉｂから第１電流Ｉｇを引いた差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出する。更に、第１検出装置は、差分Ｉdiffに基づいて、ＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を行う。

線ｇ２に示したように、排気中にＳＯｘが含まれていれば、降圧スイープ中に印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内の電圧になっている期間（時刻ｔｂから時刻ｔ３の期間）の出力電流Ｉｍ（第２電流Ｉｂ）は、次のようになっている。即ち、線ｇ２に示した排気にＳＯｘが含まれている場合の出力電流Ｉｍは、線ｇ１に示した排気中にＳＯｘが含まれていない場合に比べて小さくなるような「再酸化電流変化の程度」が現れるようになっている。従って、上記期間の出力電流Ｉｍの最小値（第１電流Ｉｇ）は、排気中にＳＯｘが含まれていない場合の出力電流Ｉｍの最小値（電流Ｉｒ）より小さくなる特性を有する。更に、この第１電流Ｉｇは、ＳＯｘ濃度が大きくなるほど小さくなるような特性を有する。

一方、降圧スイープ中に印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内の電圧になっている期間（時刻ｔｂから時刻ｔ３の期間）の出力電流Ｉｍは、排気中の酸素濃度の影響を受けて変化する。即ち、この出力電流Ｉｍは、排気中の酸素濃度が高いほど（機関の空燃比Ａ／Ｆがリーンであるほど）大きくなる。従って、第１電流Ｉｇも、排気中の酸素濃度が高いほど大きくなる。

他方、印加電圧スイープ中ではなく印加電圧Ｖｍが一定値に設定されている期間の出力電流Ｉｍは、印加電圧スイープ中の出力電流Ｉｍに比べて安定している。更に、印加電圧Ｖｍが「ＳＯｘの分解開始電圧（約０．６Ｖ）よりも低い、Ａ／Ｆ検出時の印加電圧（酸素の限界電流域内の印加電圧である酸素濃度検出用の印加電圧）」に設定されているとき、出力電流Ｉｍは排気中の酸素濃度に応じた値になる。加えて、印加電圧スイープ前であって印加電圧ＶｍがＡ／Ｆ検出時の印加電圧に設定されているとき（時刻ｔ２の直前）の出力電流Ｉｍ（第２電流Ｉｂ）は、排気中のＳＯｘ濃度によって変化が生じず、排気中にＳＯｘが含まれている場合の第２電流Ｉｂ及び排気中にＳＯｘが含まれていない場合の第２電流Ｉｂの大きさは同じである。

第１電流Ｉｇ及び第２電流Ｉｂは、以上説明したような特性を有するため、排気中にＳＯｘが含まれている場合の差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）は、排気中にＳＯｘが含まれていない場合の差分Ｉr（＝Ｉｂ−Ｉｒ）より大きくなる。更に、ＳＯｘ濃度に関わらず第２電流Ｉｂの大きさは同じであるのに対して、ＳＯｘ濃度が大きくなるほど、再酸化電流変化の程度は顕著になって第１電流Ｉｇは小さくなるため、ＳＯｘ濃度が大きくなるほど、差分Ｉdiffも大きくなる。加えて、第１電流Ｉｇは排気中の酸素濃度の影響を受けて変化するが、その影響の度合いは第２電流Ｉｂに現れている。従って、差分Ｉdiffは、排気中の酸素濃度（機関の空燃比Ａ／Ｆ）の影響を受けることなく、硫黄酸化物の濃度を精度よく表すパラメータとなる。この結果、第１検出装置は、このパラメータ（差分Ｉdiff）に基づいて、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが存在するか否かを精度良く判定することができる。

＜具体的作動＞
次に、第１検出装置の具体的作動について説明する。所定時間が経過する毎に、ＥＣＵ２０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と称呼する。）は、ガスセンサ３０を使用して図８乃至図１０のフローチャートによりそれぞれ示したセンサ活性判定ルーチン、Ａ／Ｆ検出ルーチン及びＳＯｘ検出ルーチンを実行する。

尚、これらのルーチンにおいて使用される「Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値及びＳＯｘ検出要求フラグＸsの値」は、車両に搭載された図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたときに、ＣＰＵにより実行されるイニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。

ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図８に示したセンサ活性判定ルーチンのステップ８００から処理を開始して、ステップ８１０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値、及び、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が共に「０」であるか否かを判定する。

現時点が、イグニッション・キー・スイッチがオン位置へと変更された直後（内燃機関１０の始動直後）であるとすると、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値及びＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が共に「０」である。従って、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、ガスセンサ３０が正常であるか否かを周知の方法により判定する。例えば、ＣＰＵは、内燃機関１０の前回の運転中においてＡ／Ｆ検出中である場合に内燃機関１０の運転状態が燃料噴射状態から燃料カット状態へと変化した際、出力電流Ｉｓ変化しなかったとき、ガスセンサ３０が異常であると判定し、その旨をイグニッション・キー・スイッチがオフ中にも記憶内容を保持できるバックアップＲＡＭに記録する。そして、ＣＰＵは、本ルーチンのステップ９２０にて、そのバックアップＲＡＭの記憶内容に基づいて、ガスセンサ３０が正常であるか否かを判定する。

ガスセンサ３０が正常である場合、ＣＰＵはステップ８２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８３０に進み、素子温度制御用の素子インピーダンス（固体電解質体４１ｓの内部抵抗）を第１電極４１ａと第２電極４１ｂとの間に電圧（例えば、高周波電圧）を印加したときの出力電流Ｉｍに基づいて検出する（例えば、特開平１０−２３２２２０号公報、特開２００２−７１６３３号公報を参照。）。

その後、ＣＰＵは、以下に述べるステップ８４０及びステップ８５０の処理を順次実行した後、ステップ８６０に進む。
ステップ８４０：ＣＰＵは、目標インピーダンスフィードバックによるヒータ通電制御を実行する。即ち、温度情報としてステップ８３０にて取得した素子インピーダンスを予め設定した目標インピーダンスに一致させるようにヒータ７１の通電を制御する（例えば、特開２００２−７１６３３号公報及び特開２００９−５３１０８号公報を参照。）。
ステップ８５０：ＣＰＵは、第１電極４１ａ及び第２電極４１ｂ間に酸素濃度検出用（即ち、Ａ／Ｆ検出用）の印加電圧（具体的に述べると０．４Ｖ）を印加する。即ち、ＣＰＵは、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧に設定する。

ＣＰＵは、ステップ８６０に進むと、ガスセンサ３０が活性しているか（センサ活性であるか）否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは、ステップ８３０にて取得した素子インピーダンスに基づいて推定される固体電解質体４１ｓの温度が活性温度閾値以上であるか否かを判定する。ガスセンサ３０がセンサ活性ではない場合、ＣＰＵはステップ８６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対して、ガスセンサ３０がセンサ活性である場合、ＣＰＵはステップ８６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８７０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

尚、ＣＰＵがステップ８１０の処理を実行する時点において、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値及びＳＯｘ検出要求フラグＸsの値の何れかが「０」ではない場合、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。加えて、ＣＰＵがステップ８２０の処理を実行する時点において、ガスセンサ３０が正常でない場合、ＣＰＵはステップ８２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

次に、図９を参照しながらＡ／Ｆ検出ルーチンについて説明する。ＣＰＵは、所定タイミングになると、図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進み、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「１」であるか否かを判定する。

Ａ／Ｆ検出ルーチンは、ガスセンサ３０がセンサ活性になってＡ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「１」に設定された時点以降であって、ＳＯｘ検出要求フラグＸsがオフ（Ｘs＝０）である場合に、実質的に機能する。従って、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「１」ではない場合（即ち、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対して、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値が図８のステップ８７０の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進み、ガスセンサ３０から取得した出力電流Ｉｍに基づいて、酸素濃度を検出し、当該酸素濃度を所定のルックアップテーブル（「マップ」とも称呼される。）に適用することにより機関の空燃比Ａ／Ｆを算出する。尚、ステップ９２０の処理を実行する時点において、印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用（Ａ／Ｆ検出用）の印加電圧に設定されていない場合、ＣＰＵは、印加電圧Ｖｍを酸素濃度検出用の印加電圧に設定する。その後、ＣＰＵはステップ９３０に進み、各種センサ（ＮＥセンサ２１及び水温センサ２２等）から取得した情報に基づいて、下記のＳＯｘ検出条件を構成する条件の総てが満たされているか否かを判定する。下記の条件の総てが満たされているとき、ＳＯｘ検出条件が成立する。

<<ＳＯｘ検出条件>>
・内燃機関１０が暖機後の状態である（即ち、冷却水温ＴＨＷが暖機水温ＴＨＷth以上である。）。
・ガスセンサ３０がセンサ活性である。
・燃料カット（フューエルカット）状態ではない。
・機関の空燃比Ａ／Ｆが安定している。即ち、内燃機関１０の運転状態がアイドル状態であるか、又は、車両の運転状態が定常走行状態である。尚、内燃機関１０の運転状態がアイドル状態であるか否かは、「アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、且つ、機関回転速度ＮＥが所定回転数以上である状態」が所定アイドル時間以上継続しているか否かを判定することにより判定される。車両の運転状態が定常走行状態であるか否かは、「アクセルペダル操作量ＡＰの単位時間あたりの変化量が閾値操作変化量以下であり且つ図示しない車速センサにより検出される車両の速度の単位時間あたりの変化量が閾値車速変化量以下である状態」が所定定常走行閾値時間以上継続しているか否かを判定することにより判定される。
尚、ＳＯｘ検出条件を構成する条件として以下の条件が加えられても良い。
・イグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたのちにオフ位置へと変更される前に（即ち、今回の内燃機関１０の始動後において）、一度も、ＳＯｘ濃度検出が行われていない。

ＳＯｘ検出条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ９３０にて「Ｙｅｓ」と判定して、以下に述べるステップ９４０乃至ステップ９６０の処理を順次実行した後、ステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ９４０：ＣＰＵは、ステップ９２０にて算出したＡ／Ｆを取得する。尚、ＣＰＵはこのＡ／Ｆを算出する時に用いた出力電流ＩｍをＲＡＭに記憶する。
ステップ９５０：ＣＰＵは、取得したＡ／ＦをルックアップテーブルＭ１に適用することによって、印加電圧スイープの電圧範囲（下限電圧（第１電圧Ｖ１）及び上限電圧（第２電圧Ｖ２））を決定する。
ステップ９６０：ＣＰＵは、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「０」に設定すると共に、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値を「１」に設定する。

これに対して、ＳＯｘ検出条件を構成する条件のうち少なくとも１つが満たされていない場合、ＣＰＵはステップ９３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

以下、図１０を参照しながらＳＯｘ検出ルーチンについて説明する。ＣＰＵは、図１０にフローチャートにより示したＳＯｘ検出ルーチンを一定時間Δｔ（本例では、２ｍｓ）が経過する毎に実行するようになっている。ＣＰＵは、所定のタイミングになると、図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１００５に進み、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が「１」であるか否かを判定する。

ＳＯｘ検出ルーチンは、上述したＳＯｘ検出条件が成立した場合（即ち、ＳＯｘ検出要求フラグＸsがオン（Ｘｓ＝１）である場合）に、実質的に機能する。従って、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が「１」ではない場合（即ち、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が「０」である場合）、ＣＰＵはステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対して、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値が図９のステップ９６０の処理によって「１」に設定されている場合、ＣＰＵはステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１００８に進み、第２電流Ｉｂを取得しているか否かを判定する。

第２電流Ｉｂを取得していない場合、ＣＰＵはステップ１００８にて「Ｎｏ」と判定してステップ１００９に進み、ステップ９４０でＲＡＭに記憶した「印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用（Ａ／Ｆ検出用）の印加電圧に設定されているときの出力電流Ｉｍ」を第２電流Ｉｂとして取得する。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

一方、第２電流Ｉｂを取得している場合、ＣＰＵはステップ１００８に「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１０に進み、ステップ９５０にて決定した印加電圧範囲にて所定の掃引速度で印加電圧スイープ（具体的に述べると、正弦波の電圧（周波数１Ｈｚ、一周期分）を印加する処理）を開始する。この印加電圧スイープでは、先ず昇圧スイープが行われ、次いで、降圧スイープが行われる。ステップ１０１０の処理の時点で印加電圧スイープを既に実行中の場合、ＣＰＵは、その印加電圧スイープの実行を継続する。尚、ステップ８５０にて設定される酸素濃度検出用（Ａ／Ｆ検出用）の印加電圧が、ステップ９５０にて決定した印加電圧範囲の下限値（第１電圧Ｖ１）より大きい場合、その酸素濃度検出用の印加電圧（即ち、出力電流Ｉｍが酸素の限界電流となる第１電圧Ｖ１であって硫黄酸化物の分解開始電圧未満である第１電圧Ｖ１以上であり、且つ、硫黄酸化物の分解開始電圧未満である所定電圧）から昇圧スイープを開始してよい。

その後、ＣＰＵはステップ１０１２に進み、ＳＯｘ濃度検出が未完了であるか否かを判定する。ＳＯｘ濃度検出が未完了である場合、ＣＰＵはステップ１０１２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ＣＰＵはステップ１０１５に進み、現時点が、「降圧スイープ中であり、且つ、印加電圧Ｖｍが電流取得開始電圧Ｖsem（第３電圧Ｖ３）に達した」か否かを判定する。このステップ１０１５の判定条件が成立していない場合、ＣＰＵはステップ１０１５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ステップ１０１５の判定条件が成立している場合、ＣＰＵはステップ１０１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０２０に進み、現時点の出力電流Ｉｍ（＝Ｉ(k)）を取得する。その後、ＣＰＵはステップ１０２５に進み、ステップ１０２０にて取得した出力電流Ｉ(k)が、現在行われている印加電圧スイープの開始後において本ルーチンを実行した際及び本ルーチンを前回実行した際にステップ１０２０の処理により取得した出力電流Ｉ(k)の中で、最小値であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはＩ(k)＜第１電流Ｉｇであるか否かを判定する。

本ルーチンのステップ１０２０にて取得した出力電流Ｉ(k)が最小値である場合、ＣＰＵはステップ１０２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０３０に進み、第１電流Ｉｇをその出力電流Ｉ(k)に更新した後、ステップ１０３５に進む。本ルーチンのステップ１０２０にて取得した出力電流Ｉ(k)が最小値ではない場合、ＣＰＵはステップ１０２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０３５に直接進む。

ステップ１０３５にて、ＣＰＵは印加電圧Ｖｍが、上述した検出用電圧範囲の下限電圧（第４電圧Ｖ４）に達したか否かを判定する。

印加電圧Ｖｍが、検出用電圧範囲の下限電圧（第４電圧Ｖ４）に達していない場合、ＣＰＵはステップ１０３５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、印加電圧Ｖｍが、検出用電圧範囲の下限電圧（第４電圧Ｖ４）に達していた場合、ＣＰＵはステップ１０３５にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップ１０３８に進み、第２電流Ｉｂから第１電流Ｉｇを引いた差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出する。差分Ｉdiffは０以上の値であるから、「差分Ｉdiff」と「差分Ｉdiffの大きさ」とは等しい。

その後、ＣＰＵはステップ１０４０に進み、差分Ｉdiffの大きさが閾値差分Ｉdth以上であるか否かを判定する。閾値差分Ｉdthは、排気に所定の濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定するのに適切な差分Ｉdiffの値であって、予め実験等を行う等によって特定されている。即ち、閾値差分Ｉdthは、燃料に許容範囲の上限の濃度の硫黄（Ｓ）を混入させておき、そのとき上記と同じ条件（排気中のＳＯｘ濃度を実際に検出する場合と同じ条件）で印加電圧スイープを行ったときの、差分Ｉdiffの大きさが設定されている。尚、この場合の同じ条件とは、印加電圧スイープの電圧波形、印加電圧スイープの印加電圧範囲及び印加電圧スイープの掃引速度等が同じであることである。

差分Ｉdiffの大きさが閾値差分Ｉdiff以上である場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４５に進み、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれている旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入している旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを点灯してもよい。

次に、ＣＰＵはステップ１０４８に進み、印加電圧Ｖｍが、印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧（第１電圧Ｖ１）に達したか否かを判定する。印加電圧Ｖｍが、印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧に達していない場合、ＣＰＵはステップ１０４８にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。尚、この直後に再びＳＯｘ検出ルーチンを実行する場合、ＳＯｘ濃度検出が完了している（ＳＯｘ濃度検出が未完了ではない）ので、ＣＰＵはステップ１０１２にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０４８に進み、ステップ１０４８の処理を実行する。

ステップ１０４８の処理を実行する時点で印加電圧Ｖｍが、印加電圧範囲の下限電圧に達した場合、ＣＰＵはステップ１０４８にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０５０に進み、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、差分Ｉdiffの大きさが閾値差分Ｉdiff以上ではない場合、ＣＰＵはステップ１０４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０５５に進み、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていないと判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていない旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入していない旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを消灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１０４８に進んだ後、ステップ１０４８の判定結果に応じて、ステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了するか、或いは、ステップ１０５０を経由してステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明したように、第１検出装置によれば、ＥＣＵ２０は、排気に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受け難く、且つ、測定時の排気中に含まれる酸素濃度の影響を受け難い、「硫黄の再酸化電流変化の程度を表すパラメータ」として、第２電流Ｉｂから第１電流Ｉｇを引いた差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出する。更に、ＥＣＵ２０は、算出した差分Ｉdiffに基づいて、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定する。その際、ＥＣＵ２０は、降圧スイープの掃引速度及び印加電圧スイープの電圧範囲等を再酸化電流変化の程度が大きく現れるように適切に設定した上で差分Ｉdiffを取得する。

具体的に述べると、ＥＣＵ２０は、差分Ｉdiff（差分Ｉdiffの大きさ）が閾値差分Ｉdth以上である場合、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていると判定し、上記差分Ｉdiff（差分Ｉdiffの大きさ）が閾値差分Idth未満である場合、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていないと判定する。従って、排気中に含まれる所定濃度以上のＳＯｘの有無を精度良く判定することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るガス検出装置（以下、「第２検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第２検出装置は、「ＳＯｘ濃度を検出するための印加電圧スイープを開始する前であって印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の印加電圧に設定されているときの出力電流Ｉｍ」に代えて、「印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの上限電圧（第２電圧Ｖ２）になったときの出力電流Ｉｍ」を、第２電流Ｉｂとして使用する点において第１検出装置と相違している。

＜作動の概要＞
第２検出装置は、再酸化電流変化を、以下に述べるパラメータ（差分Ｉdiff）を用いて検出することによって、ＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を行う。

即ち、図１１に示したように、第２検出装置は、印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの上限電圧（第２電圧Ｖ２）であるとき（時刻ｔａ）の出力電流Ｉｍを、第２電流Ｉｂとして取得する。この第２電流Ｉｂは、排気中のＳＯｘ濃度の影響を受けて理論上は変化するが、排気中のＳＯｘ濃度は極めて小さいので、排気中のＳＯｘ濃度に依存しないと考えられる。更に、第２検出装置は、降圧スイープ中であって印加電圧Ｖｍが「電流取得開始電圧Ｖsem（０．６Ｖ）以下であり且つ第１電圧Ｖ１よりも高い第４電圧Ｖ４以上の範囲（即ち、検出用電圧範囲）である期間（時刻ｔｂから時刻ｔ３までの期間）の出力電流Ｉｍ（線ｇ２により示した出力電流Ｉｍ）の最小値を、第１電流Ｉｇとして取得する。更に、第２検出装置は、第２電流Ｉｂから第１電流Ｉｇを引いた差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出する。更に、第２検出装置は、差分Ｉdiffに基づいて、ＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を行う。

＜具体的作動＞
次に、第２検出装置の具体的作動について説明する。所定時間が経過する毎に、ＥＣＵ２０のＣＰＵは、図８のルーチンと同一のセンサ活性判定ルーチン、図９のルーチンと同一のＡ／Ｆ検出ルーチン、及び、図１２に示したＳＯｘ検出ルーチンのそれぞれを実行する。

センサ活性判定ルーチン及びＡ／Ｆ検出ルーチンは、第１検出装置が実行するそれらのルーチンとそれぞれ同一であり、既に説明済みである。よって、それらの説明を省略する。

以下、図１２を参照しながらＳＯｘ検出ルーチンについて説明する。図１２のルーチンは、図１０のルーチンのステップ１００８及びステップ１００９を削除し、ステップ１０１２とステップ１０１５との間にステップ１２１２及びステップ１２１４を追加した点のみにおいて、図１０のルーチンと相違している。よって、以下、この相違点を中心に説明する。

ＣＰＵは、ＳＯｘ検出要求フラグＸｓの値が「１」に設定されている場合、ステップ１００５からステップ１０１０に進み、ステップ１０１０の処理（即ち、印加電圧スイープ）を実行した後、ステップ１０１２にてＳＯｘ濃度検出が未完了であるか否かを判定する。

ＳＯｘ濃度検出が未完了である場合、ＣＰＵはステップ１２１２に進み、印加電圧Ｖｍが上限電圧（第２電圧Ｖ２）に一致しているか否かを判定する。

印加電圧Ｖｍが上限電圧に一致している場合、ＣＰＵはステップ１２１２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１４に進み、印加電圧Ｖｍが上限電圧であるときの出力電流Ｉｍを第２電流Ｉｂとして取得した後、ステップ１０１５に進む。一方、印加電圧Ｖｍが上限電圧ではない場合、ＣＰＵはステップ１２１２にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０１５に進む。

その後、ＣＰＵはステップ１０１５乃至ステップ１０５５のうちの適当なステップの処理を順に行った後、ステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明したように、第２検出装置は、印加電圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが第２電圧Ｖ２になった時点の出力電流Ｉｍを第２電流Ｉｂとして取得し、次いで発生する降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内の電圧になっている期間の出力電流Ｉｍの最小値を第１電流Ｉｇとして取得する。従って、第２電流Ｉｂを取得した時点から第１電流Ｉｇを取得する時点までの時間を短くすることができるから、その期間において排気中の酸素濃度が大きく変化する可能性が低い。よって、第２電流Ｉｂ及び第１電流Ｉｇに対する排気中の酸素濃度の影響の程度を略一致させることができる。その結果、差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）が、排気中の酸素濃度の影響を受け難く且つ排気中のＳＯｘ濃度により精度良く応じた値になるから、ＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）をより精度良く行うことができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るガス検出装置（以下、「第３検出装置」と称呼される場合がある。）について説明する。第３検出装置は、「ＳＯｘ濃度を検出するための印加電圧スイープを開始する前であって印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の印加電圧に設定されているときの出力電流Ｉｍ」に代えて、「印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）になったときの出力電流Ｉｍ」を、第２電流Ｉｂとして使用する点において第１検出装置と相違している。

＜作動の概要＞
第３検出装置は、再酸化電流変化を、以下に述べるパラメータ（差分Ｉdiff）を用いて検出することによって、ＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を行う。

即ち、図１３に示したように、第３検出装置は、第１及び第２検出装置と同様、降圧スイープ中であって電流取得開始電圧Ｖsem（０．６Ｖ）以下である期間（時刻ｔｂから時刻ｔ３までの期間）の出力電流Ｉｍ（線ｇ２より示した出力電流Ｉｍ）の最小値を、第１電流Ｉｇとして取得する。更に、第３検出装置は、印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）であるとき（時刻ｔ３）の出力電流Ｉｍを、第２電流Ｉｂとして取得する。この第２電流Ｉｂは、印加電圧ＶｍがＳＯｘの分解開始電圧より低く、且つ、それまでの降圧スイープによって「第１電極４１ａ（陰極）に吸着していたＳの再酸化反応」が実質的に終了したときに得られる出力電流Ｉｍである。加えて、第３検出装置は、第２電流Ｉｂから第１電流Ｉｇを引いた差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出する。更に、第３検出装置は、差分Ｉdiffに基づいて、ＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）を行う。

尚、第３検出装置は、印加電圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）に達した後、印加電圧Ｖｍを第１電圧Ｖ１に所定時間維持し、この所定時間の期間に取得した出力電流Ｉｍを、第２電流Ｉｂとして取得するようにしてもよい。この場合、当該期間に得られた出力電流Ｉｍも、排気中のＳＯｘ濃度によって変化が生じないので、第２電流Ｉｂとして使用してもよい。

＜具体的作動＞
次に、第３検出装置の具体的作動について説明する。所定時間が経過する毎に、ＥＣＵ２０のＣＰＵは、図８のルーチンと同一のセンサ活性判定ルーチン、図９のルーチンと同一のＡ／Ｆ検出ルーチン、及び、図１４に示したＳＯｘ検出ルーチンのそれぞれを実行する。

センサ活性判定ルーチン及びＡ／Ｆ検出ルーチンは、第１検出装置が実行するそれらのルーチンとそれぞれ同一であり、既に説明済みである。よって、それらの説明を省略する。

以下、図１４を参照しながらＳＯｘ検出ルーチンについて説明する。図１４のルーチンは、以下の点のみにおいて図１０のルーチンと相違している。
・図１０のステップ１００８、ステップ１００９及びステップ１０１２が削除されている。
・図１０のステップ１０３０がステップ１４１０に置換されている。
・図１０のステップ１０３８乃至ステップ１０５５が、ステップ１４２０乃至ステップ１４９０に置換されている。
以下、この相違点を中心に説明する。

ステップ１４１０：ＣＰＵは、第１電流の暫定値Ｉｇｚをその出力電流Ｉ(k)に更新した後、ステップ１０３５に進む。本ルーチンのステップ１０２０にて取得した出力電流Ｉ(k)が最小値ではない場合、ＣＰＵはステップ１０２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０３５に直接進む。

印加電圧Ｖｍが上述した検出用電圧範囲の下限電圧（第４電圧Ｖ４）に達している場合、ＣＰＵはステップ１０３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４２０に進み、第１電流の暫定値Ｉｇｚを第１電流Ｉｇとして格納する。次いで、ＣＰＵはステップ１４３０に進み、印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）に達したか否かを判定する。印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）に達していない場合、ＣＰＵはステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）に達している場合、ＣＰＵはステップ１４３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１４４０及びステップ１４５０処理を順に行い、ステップ１４６０に進む。
ステップ１４４０：ＣＰＵは、印加電圧Ｖｍが下限電圧（第１電圧Ｖ１）であるときの出力電流Ｉｍを第２電流Ｉｂとして取得する。
ステップ１４５０：ＣＰＵは、第２電流Ｉｂから第１電流Ｉｇを引いた差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出する。差分Ｉdiffは０以上の値であるから、「差分Ｉdiff」と「差分Ｉdiffの大きさ」とは等しい。

その後、ＣＰＵはステップ１４６０に進み、差分Ｉdiffの大きさが閾値差分Ｉdth以上であるか否かを判定する。閾値差分Ｉdthは、排気に所定の濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定するのに適切な差分Ｉdiffの値であって、予め実験等を行う等によって特定されている。

差分Ｉdiffの大きさが閾値差分Ｉdth以上である場合、再酸化電流変化が大きいので、ＣＰＵはステップ１４６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４７０に進み、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていると判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれている旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入している旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを点灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１４９０に進み、ＳＯｘ検出要求フラグＸsの値を「０」に設定すると共に、Ａ／Ｆ検出要求フラグＸafの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、差分Ｉdiffの大きさが閾値差分Ｉdiff以上ではない場合、ＣＰＵはステップ１４６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４８０に進み、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていないと判定する。このとき、ＣＰＵはバックアップＲＡＭ内に排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれていない旨（又は、燃料中に許容値を超えるＳが混入していない旨）を記憶してもよく、所定の警告ランプを消灯してもよい。その後、ＣＰＵはステップ１４９０の処理を行なってステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明したように、第３検出装置は、降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内の電圧になっている期間の出力電流Ｉｍの最小値を第１電流Ｉｇとして取得し、その後、降圧スイープ中に印加電圧Ｖｍが第１電圧Ｖ１になった時点の出力電流Ｉｍを第２電流Ｉｂとして取得する。従って、第１電流Ｉｇを取得した時点から第２電流Ｉｂを取得する時点までの時間を短くすることができるから、その期間において排気中の酸素濃度が大きく変化する可能性が低い。よって、第１電流Ｉｇ及び第２電流Ｉｂに対する排気中の酸素濃度の影響の程度を略一致させることができる。その結果、差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）が、排気中の酸素濃度の影響を受け難く且つ排気中のＳＯｘ濃度により精度良く応じた値になるから、ＳＯｘ濃度検出（実際には、所定濃度以上のＳＯｘの有無の判定）をより精度良く行うことができる。

＜変形例＞
以上、本発明の各実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の各実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づく各種の変形例を採用し得る。

上述の各実施形態は、上述した「降圧スイープ中において印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内になっている期間の出力電流Ｉｍの最小値に限らず、降圧スイープ中であって印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲内になっている期間の出力電流Ｉｍに相関を有する値であれば、これを第１電流Ｉｇとして取得するようにしてもよい。例えば、各実施形態は、降圧スイープ中であって、印加電圧Ｖｍが電流取得電圧Ｖｇであるときの出力電流Ｉｍを、第１電流Ｉｇとして取得するようにしてもよい。この場合、電流取得電圧Ｖｇは、降圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）より高い第４電圧以上であり、且つ、ＳＯｘの分解開始電圧（０．６Ｖ）以下の第３電圧Ｖsem以下の範囲（検出用電圧範囲）内から選ばれる。

第２電流Ｉｂとして使用できる出力電流Ｉｍは、各実施形態で述べるように取得した出力電流Ｉｍに限られず、これら以外の他の出力電流Ｉｍを第２電流Ｉｂとして使用してもよい。即ち、排気中にＳＯｘが含まれている場合の出力電流Ｉｍ及び排気中にＳＯｘが含まれていない場合の出力電流Ｉｍの大きさが同じになるような電圧に、印加電圧Ｖｍがなったときの出力電流Ｉｍであり、且つ、排気中の酸素濃度が「第１電流Ｉｇを取得するときの排気中の酸素濃度」と同等と見做せるとともに、その濃度の酸素の分解電流が第２電流Ｉｂに含まれているのであれば、そのときの出力電流Ｉｍを第２電流Ｉｂとして使用してもよい。

上述の各実施形態は、差分Ｉdiffの大きさと閾値差分Ｉdthとを比較することによって、排気中に所定濃度以上のＳＯｘが含まれているか否かを判定しているが、以下に述べるように、差分Ｉdiffに基づいて排気中のＳＯｘ濃度を取得するようにしてもよい。

（第１検出装置の変形例）
例えば、ＣＰＵは、図１０に示したＳＯｘ濃度検出ルーチンに代えて、図１５に示したＳＯｘ濃度検出ルーチンを実行するように構成され得る。この図１５に示したルーチンは、図１０に示したルーチンの「ステップ１０４０、ステップ１０４５及びステップ１０５５」の処理に代えて、「ステップ１５１０の処理」が実行されるルーチンである。よって、以下、図１５の「ステップ１５１０」の処理を主に説明する。

ＣＰＵは、図１５のステップ１００９にて「印加電圧Ｖｍ酸素濃度検出用の印加電圧に設定されているときの出力電流Ｉｍ」を第２電流Ｉｂとして取得し、図１５のステップ１０３０にて印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲（Ｖ４〜Ｖsem）内であるときの出力電流Ｉｍの最小値を第１電流Ｉｇとして取得する。

そして、ＣＰＵは、図１５のステップ１０３８にて差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出するとステップ１５１０に進み、その差分ＩdiffをルックアップテーブルＭａｐ１（Ｉdiff）に適用することによって、排気中のＳＯｘ濃度を取得する。尚、ＥＣＵ２０のＲＯＭ（記憶部）は、「差分Ｉdiffと排気中のＳＯｘ濃度との関係」をルックアップテーブルＭａｐ１（Ｉdiff）として記憶している（図１５のブロックＢ１を参照。）。このルックアップテーブルは予め実験等を行うことにより得ることができる。

（第２検出装置の変形例）
更に、例えば、ＣＰＵは、図１２に示したＳＯｘ濃度検出ルーチンに代えて、図１６に示したＳＯｘ濃度検出ルーチンを実行するように構成され得る。この図１６に示したルーチンは、図１２に示したルーチンの「ステップ１０４０、ステップ１０４５及びステップ１０５５」の処理に代えて、「ステップ１６１０の処理」の処理が実行されるルーチンである。よって、以下、図１６のステップ１６１０の処理を主に説明する。

ＣＰＵは、図１６のステップ１２１４にて「印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの上限電圧（第２電圧Ｖ２）であるときの出力電流Ｉｍ」を第２電流Ｉｂとして取得し、図１６のステップ１０３０にて印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲（Ｖ４〜Ｖsem）内であるときの出力電流Ｉｍの最小値を第１電流Ｉｇとして取得する。

そして、ＣＰＵは、図１６のステップ１０３８にて差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出するとステップ１６１０に進み、その差分ＩdiffをルックアップテーブルＭａｐ２（Ｉdiff）に適用することによって、排気中のＳＯｘ濃度を取得する。尚、ＥＣＵ２０のＲＯＭ（記憶部）は、「差分Ｉdiffと排気中のＳＯｘ濃度との関係」をルックアップテーブルＭａｐ２（Ｉdiff）として記憶している（図１６のブロックＢ２を参照。）。このルックアップテーブルは予め実験等を行うことにより得ることができる。

（第３検出装置の変形例）
更に、例えば、ＣＰＵは、図１４に示したＳＯｘ濃度検出ルーチンに代えて、図１７に示したＳＯｘ濃度検出ルーチンを実行するように構成され得る。この図１７に示したルーチンは、図１４に示したルーチンの「ステップ１４６０、ステップ１４７０及びステップ１４８０」の処理に代えて、「ステップ１７１０」の処理が実行されるルーチンである。よって、以下、図１７のステップ１７１０の処理を主に説明する。

ＣＰＵは、図１７のステップ１４２０にて印加電圧Ｖｍが検出用電圧範囲（Ｖ４〜Ｖsem）内であるときの出力電流Ｉｍの最小値を第１電流Ｉｇとして取得し、図１７のステップ１４４０にて「印加電圧Ｖｍが印加電圧スイープの下限電圧（第１電圧Ｖ１）であるときの出力電流Ｉｍ」を第２電流Ｉｂとして取得する。

そして、ＣＰＵは、図１７のステップ１４５０にて差分Ｉdiff（＝Ｉｂ−Ｉｇ）を算出するとステップ１７１０に進み、その差分ＩdiffをルックアップテーブルＭａｐ３（Ｉdiff）に適用することによって、排気中のＳＯｘに濃度を取得する。尚、ＥＣＵ２０のＲＯＭ（記憶部）は、「差分Ｉdiffと排気中のＳＯｘ濃度との関係」をルックアップテーブルＭａｐ３（Ｉdiff）として記憶している（図１７のブロックＢ３を参照。）。このルックアップテーブルは予め実験等を行うことにより得ることができる。

これらの変形例の各ＥＣＵ２０は、排気に含まれるＳＯｘ以外の酸素含有成分の影響を受けにくい再酸化電流変化を表すパラメータとして上記差分Ｉdiffを用い、上記差分Ｉdiffに対応する排気中のＳＯｘの濃度をＲＯＭに記憶されたルックアップテーブルから取得するように構成されている。従って、精度良く排気中の硫黄酸化物の濃度を検出することができる。

更に、例えば、上述の各実施形態は、図９の「ステップ９４０及びステップ９５０」において、機関の空燃比Ａ／Ｆを取得し、その取得したＡ／Ｆに基づいて「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」を決定しているが、次のように構成されてもよい。

即ち、上述の各実施形態は、ステップ９２０にて、印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の印加電圧に設定されている場合の出力電流Ｉｍに基づいて酸素濃度を検出し、ステップ９５０にて、その酸素濃度に基づいて「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」を決定してもよい。この場合、ルックアップテーブルＭ１は、酸素濃度と、「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」と、の関係を規定するテーブルとなる。

同様に、上述の各実施形態は、ステップ９２０にて、印加電圧Ｖｍが酸素濃度検出用の印加電圧に設定されている場合の出力電流Ｉｍを検出し、ステップ９５０にて、その出力電流Ｉｍそのものに基づいて「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」を決定してもよい。この場合、ルックアップテーブルＭ１は、出力電流Ｉｍと、「印加電圧スイープの電圧範囲の下限電圧及び上限電圧」と、の関係を規定するテーブルとなる。

更に、例えば、各実施形態及び各変形例の印加電圧スイープの電圧波形は、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示された波形に限らず、降圧速度を適切に設定することによって、第１電極４１ａに吸着した硫黄が再酸化反応することに起因した再酸化電流変化が降圧スイープのある時点から極めて顕著になる限り、任意の波形（例えば、三角波）であってもよい。

１０…内燃機関、１１…燃料噴射弁、１２…排気管、１３…ＤＯＣ、１４…ＤＰＦ、２０…ＥＣＵ、２１…機関回転速度センサ、２２…水温センサ、２３…アクセルペダル量操作量センサ、２３ａ…アクセルペダル、４０…素子部、４１ａ…第１電極（陰極）、４１ｂ…第２電極（陽極）、４１ｃ…電気化学セル、４１ｓ…固体電解質体、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ及び５１ｅ…第１乃至第５アルミナ層、ＳＰ１…内部空間、ＳＰ２…第１大気導入路、６１…拡散抵抗部、７１…ヒータ、８１…電源回路、９１…電流計

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質体と前記固体電解質体の表面にそれぞれ形成された第１電極及び第２電極とを含む電気化学セルと、前記排気通路を流れる排気が通過可能な多孔質材料からなる拡散抵抗体とを備え、前記排気通路を流れる排気が前記拡散抵抗体を通して前記第１電極に到達するように構成された素子部と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流である出力電流を検出する電流検出部と、
   前記電圧印加部を用いて前記第１電極と前記第２電極との間に印加される電圧である印加電圧を制御すると共に前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う測定制御部と
   を有し、
   前記測定制御部は、
   前記内燃機関に供給される混合気の空燃比が安定している状態である場合、前記電圧印加部を用いて前記印加電圧を、前記出力電流が酸素の限界電流となる第１電圧であって硫黄酸化物の分解開始電圧未満である第１電圧以上であり且つ硫黄酸化物の分解開始電圧未満である所定電圧から、硫黄酸化物の分解開始電圧よりも高い第２電圧まで、上昇させる昇圧スイープを実行した後、前記第２電圧から前記第１電圧まで所定の降圧速度にて下降させる降圧スイープを実行し、且つ、
   前記降圧スイープ中に前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧未満となったときに前記第１電極に吸着していた硫黄が当該第１電極において再酸化反応して硫黄酸化物へと戻ることにより前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流に起因して前記出力電流に生じる変化であって前記排気に含まれる前記硫黄酸化物の濃度が高いほど大きくなる出力電流に生じる変化の程度、に相関を有するパラメータを前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて取得し、当該パラメータに基づいて前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの判定又は前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行う、
   ように構成された、
   ガス検出装置であって、
   前記所定の降圧速度が、
   前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧未満であって前記第１電圧よりも高い電圧範囲内の電圧となった時点を境に前記再酸化反応の速度が急増する速度となるように設定され、
   前記測定制御部が、
   前記降圧スイープ中であって前記印加電圧が前記第１電圧より高く硫黄酸化物の分解開始電圧以下の範囲になっている期間の前記出力電流に相関を有する値を、当該期間において前記電流検出部により検出される出力電流に基づいて第１電流として取得し、
   前記出力電流が前記酸素の限界電流となる電圧以上の特定電圧に前記印加電圧がなっている時点において前記電流検出部により検出される出力電流であり且つ前記昇圧スイープによって前記第１電極に付着した硫黄が当該第１電極において再酸化反応することに起因する電流を含まない当該出力電流を、第２電流として取得し、
   前記取得した第２電流と前記取得した第１電流との差分を算出し、当該差分を、前記パラメータとして用いるように構成された、
   ガス検出装置。
2. 請求項１に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、前記排気中に所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれているか否かの前記判定を行うように構成されており、
   前記測定制御部は、
   前記差分の大きさが所定の閾値以上であるか否かを判定し、
   前記差分の大きさが前記閾値以上であると判定した場合、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていると判定し、
   前記差分の大きさが前記閾値未満と判定した場合、前記排気中に前記所定濃度以上の硫黄酸化物が含まれていないと判定する、
   ように構成された、ガス検出装置。
3. 請求項１に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、前記排気中の硫黄酸化物の濃度の検出を行うように構成されており、
   前記差分に基づいて前記排気中の硫黄酸化物の濃度を検出するように構成された、
   ガス検出装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、
   前記降圧スイープ中であって前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧以下の第３電圧以下であり且つ前記第１電圧より高い第４電圧以上の検出用電圧範囲内となっている期間に前記電流検出部により検出される出力電流、のうちの最小値を、前記第１電流として取得するように構成された、
   ガス検出装置。
5. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、
   前記降圧スイープ中であって前記印加電圧が硫黄酸化物の分解開始電圧以下の第３電圧以下であり且つ前記第１電圧より高い第４電圧以上の検出用電圧範囲から選ばれる電流取得電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第１電流として取得するように構成された、
   ガス検出装置。
6. 請求項１に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、
   前記特定電圧として、前記出力電流が前記酸素の限界電流となる空燃比検出用印加電圧を採用し、
   前記昇圧スイープの実行を開始する前に、前記電圧印加部を用いて、前記印加電圧を、前記空燃比検出用印加電圧、に設定し、
   前記印加電圧が前記空燃比検出用印加電圧に設定されている場合に前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第２電流として取得するように構成された、
   ガス検出装置。
7. 請求項１に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、
   前記昇圧スイープ中に前記印加電圧が前記第２電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第２電流として取得するように構成された、
   ガス検出装置。
8. 請求項１に記載のガス検出装置において、
   前記測定制御部は、
   前記降圧スイープ中に前記印加電圧が前記第１電圧になったときに前記電流検出部により検出される出力電流を、前記第２電流として取得するように構成された、
   ガス検出装置。

Images